Подсистема памяти современных компьютеров
массовых
компьютерах от контроля памяти отказались (ее надежность к тому времени уже
достигла значительных высот). Модули комплектуются микросхемами FPM (уже
редкость) и EDO (больше всех), память с BEDO распространения не получила.
Время доступа — от 80 до 40 нс, объем — 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайта.
Модули SIMM-72 в новых системных платах не используются, но их часто
применяют для расширения памяти лазерных принтеров.
Модули DIMM имеют 8-байтную организацию — для P5–P6 достаточно одного
модуля в системе. Свое название они получили за то, что используют ламели
контактов с двух сторон (у SIMM ламели с противоположных сторон
объединены). По организации контрольных бит (если они есть) вариации те же
(в “Энциклопедии” приведено 8 вариантов). Объем — 8, 16, 32, 64, 128, 256
Мбайт. Модули имеют 168 выводов, их первое поколение до нас практически не
дошло. Модули второго поколения могут комплектоваться как EDO DRAM (время
доступа — от 70 до 40 нс), так и SDRAM. Для SDRAM быстродействие указывают
иначе — здесь указывают либо время цикла, либо тактовую частоту (это
взаимообратные величины), а время доступа скрывается за параметром CAS
Latency при определенной частоте. Для обеспечения стабильной работы на
частоте 100 МГц была принята спецификация PC100, которая кроме ограничений
на время цикла для применяемых микросхем регламентирует и правила разводки
проводников. Разрабатывается и спецификация PC133, в которой будут
предъявлены архитектурные требования. Надо заметить, что на частоте 100 МГц
могут работать и “обычные” модули с подходящим быстродействием микросхем,
но проблемы могут появиться при установке в систему нескольких модулей.
Есть еще модули RDIMM SDRAM (Registered DIMM) — разновидность DIMM-168, их
особенность заключается в наличии регистров-защелок в адресных и
управляющих цепях. При этом на 1 такт удлиняется конвейер, но повышается
надежность работы на высоких частотах и допускается установка большего
числа модулей.
Новинка — модули RIMM (Rambus Interface Memory Module). Эти модули, на
вид похожие на обычные модули памяти, специально предназначены для памяти
DRDRAM. У них 30-проводная шина проходит вдоль модуля слева направо, и на
эту шину без ответвлений напаиваются микросхемы DRDRAM. Сигналы интерфейса
модуля соответствуют сигналам канала Rambus, но в их названии имеется еще
приставка L (Left) и R (Right) для левого и правого вывода шины
соответственно. В одном канале может быть до трех слотов под RIMM, и
интерфейсные линии соединяются змейкой. В слоты могут устанавливаться RIMM
различной емкости (сейчас они выпускаются на 64, 128 и 256 Мбайт). В
отличие от SIMM и DIMM, у которых объем памяти кратен степени числа 2,
модули RIMM могут иметь более плавный ряд объемов — в канал RDRAM память
можно добавлять хоть по одной микросхеме. Теперь в памяти появился новый
элемент-пустышка Continuity module. Это как бы модуль RIMM, но без
микросхем памяти, и нужен он для того, чтобы замыкать цепь канала Rambus.
Такая “затычка” должна устанавливаться во все слоты канала, не занятые под
модули RIMM. Если используются не все слоты, то память выгоднее ставить
ближе к контроллеру — она будет работать быстрее (см. предыдущий параграф).
Для малогабаритных систем имеются и малогабаритные модули SO DIMM
(Small Outline DIMM). По организации SO DIMM-72 близки к SIMM-72, SO DIMM-
144 — к DIMM-168, а SO RIMM — это миниатюрный вариант памяти Rambus.
Кроме собственно памяти на модулях DIMM и RIMM устанавливают и средства
идентификации — маленькие микросхемы энергонезависимой памяти EEPROM с
последовательным интерфейсом I2C. По этому интерфейсу чипсет может считать
из EEPROM, что за модуль установлен и каких он требует параметров. Однако
не всякой версии BIOS это интересно знать — через чипсет BIOS может
определить многие параметры своими методами тестирования. Но некоторые
системы отказываются воспринимать модули памяти “без чипа”, так что мелкая
экономия может обернуться проблемами.
Виртуальная память и организация защиты памяти
Концепция виртуальной памяти. Общепринятая в настоящее время концепция
виртуальной памяти появилась достаточно давно. Она позволила решить целый
ряд актуальных вопросов организации вычислений. Прежде всего к числу таких
вопросов относится обеспечение надежного функционирования мультипрограммных
систем.
В любой момент времени компьютер выполняет множество процессов или
задач, каждая из которых располагает своим адресным пространством. Было бы
слишком накладно отдавать всю физическую память какой-то одной задаче тем
более, что многие задачи реально используют только небольшую часть своего
адресного пространства. Поэтому необходим механизм разделения небольшой
физической памяти между различными задачами. Виртуальная память является
одним из способов реализации такой возможности. Она делит физическую память
на блоки и распределяет их между различными задачами. При этом она
предусматривает также некоторую схему защиты, которая ограничивает задачу
теми блоками, которые ей принадлежат. Большинство типов виртуальной памяти
сокращают также время начального запуска программы на процессоре, поскольку
не весь программный код и данные требуются ей в физической памяти, чтобы
начать выполнение.
Другой вопрос, тесно связанный с реализацией концепции виртуальной
памяти, касается организации вычислений на компьютере задач очень большого
объема. Если программа становилась слишком большой для физической памяти,
часть ее необходимо было хранить во внешней памяти (на диске) и задача
приспособить ее для решения на компьютере ложилась на программиста.
Программисты делили программы на части и затем определяли те из них,
которые можно было бы выполнять независимо, организуя оверлейные структуры,
которые загружались в основную память и выгружались из нее под управлением
программы пользователя. Программист должен был следить за тем, чтобы
программа не обращалась вне отведенного ей пространства физической памяти.
Виртуальная память освободила программистов от этого бремени. Она
автоматически управляет двумя уровнями иерархии памяти: основной памятью и
внешней (дисковой) памятью.
Кроме того, виртуальная память упрощает также загрузку программ,
обеспечивая механизм автоматического перемещения программ, позволяющий
выполнять одну и ту же программу в произвольном месте физической памяти.
Системы виртуальной памяти можно разделить на два класса: системы с
фиксированным размером блоков, называемых страницами, и системы с
переменным размером блоков, называемых сегментами. Ниже рассмотрены оба
типа организации виртуальной памяти.
Страничная организация памяти. В системах со страничной организацией
основная и внешняя память (главным образом дисковое пространство) делятся
на блоки или страницы фиксированной длины. Каждому пользователю
предоставляется некоторая часть адресного пространства, которая может
превышать основную память компьютера и которая ограничена только
возможностями адресации, заложенными в системе команд. Эта часть адресного
пространства называется виртуальной памятью пользователя. Каждое слово в
виртуальной памяти пользователя определяется виртуальным адресом, состоящим
из двух частей: старшие разряды адреса рассматриваются как номер страницы,
а младшие - как номер слова (или байта) внутри страницы.
Управление различными уровнями памяти осуществляется программами ядра
операционной системы, которые следят за распределением страниц и
оптимизируют обмены между этими уровнями. При страничной организации памяти
смежные виртуальные страницы не обязательно должны размещаться на смежных
страницах основной физической памяти. Для указания соответствия между
виртуальными страницами и страницами основной памяти операционная система
должна сформировать таблицу страниц для каждой программы и разместить ее в
основной памяти машины. При этом каждой странице программы, независимо от
того находится ли она в основной памяти или нет, ставится в соответствие
некоторый элемент таблицы страниц. Каждый элемент таблицы страниц содержит
номер физической страницы основной памяти и специальный индикатор.
Единичное состояние этого индикатора свидетельствует о наличии этой
страницы в основной памяти. Нулевое состояние индикатора означает
отсутствие страницы в оперативной памяти.
Для увеличения эффективности такого типа схем в процессорах
используется специальная полностью ассоциативная кэш-память, которая также
называется буфером преобразования адресов (TLB translation-lookaside
buffer). Хотя наличие TLB не меняет принципа построения схемы страничной
организации, с точки зрения защиты памяти, необходимо предусмотреть
возможность очистки его при переключении с одной программы на другую.
Поиск в таблицах страниц, расположенных в основной памяти, и загрузка
TLB может осуществляться либо программным способом, либо специальными
аппаратными средствами. В последнем случае для того, чтобы предотвратить
возможность обращения пользовательской программы к таблицам страниц, с
которыми она не связана, предусмотрены специальные меры. С этой целью в
процессоре предусматривается дополнительный регистр защиты, содержащий
описатель (дескриптор) таблицы страниц или базово-граничную пару. База
определяет адрес начала таблицы с
| |  скачать работу |
Подсистема памяти современных компьютеров |
